珠三角地區(qū)鑄造廠土壤重金屬的分析研究

梁秀娟，朱賀坤，黃 慧

(廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東 廣州 510670)

改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)和城市化的飛速發(fā)展，對(duì)廢棄工業(yè)場(chǎng)地的再利用已成為中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。但由于污染場(chǎng)地廢棄后，在環(huán)境中轉(zhuǎn)化、遷移，最終進(jìn)入并沉積于土壤、地下水等環(huán)境介質(zhì)中[1-2]，威脅著植物、動(dòng)物乃至人類的生存發(fā)展[3-7]。因此，開(kāi)展工業(yè)場(chǎng)地土壤重金屬污染狀況分析具有重要的環(huán)境意義。

近幾年來(lái)，不同學(xué)者已經(jīng)研究了一些典型地形地貌以及不同企業(yè)周邊的環(huán)境污染狀況[8-13]，對(duì)鑄造廠環(huán)境污染問(wèn)題的研究相對(duì)較少。本文以珠三角地區(qū)典型的3家鑄造廠為研究對(duì)象，對(duì)環(huán)境土壤重金屬的濃度、相關(guān)性分析和污染來(lái)源進(jìn)行分析。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣品采集

選擇珠三角地區(qū)AA、BB、CC鑄造廠場(chǎng)地遺址，在其企業(yè)周邊分別布置8個(gè)采樣點(diǎn)，采集表層(0～20 cm)和淺層(20～40 cm)的土壤樣品，采用十字交叉法，多點(diǎn)取樣，均勻混合，取樣量為1000 g樣品，裝入一次性聚乙烯密封袋，把袋內(nèi)空氣擠出后封鎖密封條，常溫保存。共采集48個(gè)土壤樣品(表層、淺層樣品各24個(gè))。

1.2 樣品前處理及分析方法

根據(jù)《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166-2004)要求，土壤樣品采集后，放置于風(fēng)干室中，適時(shí)地壓碎、翻動(dòng)，取出土壤中碎石、砂礫植物殘?bào)w，直至自然風(fēng)干恒重；然后將風(fēng)干后的土壤樣品研磨到過(guò)孔徑0.15 mm(100目)篩后，封存于一次性聚乙烯密封袋里備用。

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600-2018)的要求，Hg、As參照《土壤和沉積物 汞、砷、硒、鉍、銻的測(cè)定 微波消解/原子熒光法》(HJ 680-2013)進(jìn)行檢測(cè)，Cd參照《土壤質(zhì)量 鉛、鎘的測(cè)定 石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T 17141-1997)進(jìn)行檢測(cè)，Pb、Cr、Ni、Cu、Zn參照《土壤和沉積物 銅、鋅、鉛、鎳、鉻的測(cè)定 火焰原子吸收分光光度法》(HJ 491-2019)進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 單因子污染指數(shù)和內(nèi)羅梅污染指數(shù)

采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)羅梅污染指數(shù)對(duì)土壤樣品中重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)[14]，其公式如下：

(1)

式中：Pi為重金屬i的單因子污染指數(shù)；Ci為重金屬i的含量(mg·kg-1)，Si為重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg·kg-1)，本次研究采用GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)田地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》限值。當(dāng)Pi≤1時(shí)，表示未受污染；13時(shí)，表示重度污染。

(2)

式中：PN為重金屬i的Pi內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，Pi，max為重金屬i中污染指數(shù)最大值，Pi，ave為各重金屬污染指數(shù)平均值。當(dāng)PN≤0.7時(shí)，表示安全；0.73表示嚴(yán)重污染[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理

數(shù)據(jù)分析處理及制作圖表使用Microsoft Office Excel 2013、SPSS 25.0和Origin 8.0軟件進(jìn)行，Peason相關(guān)性分析及制作圖表使用SPSS 25.0軟件完成制作。

2 結(jié)果與討論

圖13 家鑄造廠土壤重金屬Pi濃度

由圖1可知，除了CC鑄造廠的Hg(Pi)大于1外，HS鑄造成和TS鑄造成其他元素的Pi均小于1，表明SS鑄造廠土壤受到Hg輕度污染，這可能是由于CC鑄造廠長(zhǎng)期以來(lái)的工業(yè)活動(dòng)所影響。其次不難發(fā)現(xiàn)，從8種重金屬元素單因子指數(shù)來(lái)看，除了Cr(Pi)和Hg(Pi)外，其他6種重金屬元素的Pi值大小順序：AA>BB>CC，說(shuō)明BB鑄造廠重金屬污染情況比HS鑄造成和SS鑄造成都要輕微，HS鑄造成重金屬的復(fù)合污染情況最嚴(yán)重，不容忽視。

表1 土壤重金屬污染指數(shù)

由表1可知，8種重金屬元素單因子污染指數(shù)大小順序?yàn)椋篐g>Cd>Cu>Ni>Zn>Pb>Cr>As，除Pb、Cr、As外，其他元素最大值與最小值相差較大，其中，Hg相差最大，約為21倍。從綜合污染指數(shù)來(lái)看，Pb、Cr及As綜合污染指數(shù)小于1，屬于無(wú)污染，其它五種金屬元素的綜合污染指數(shù)均為1

相關(guān)性分析被廣泛地應(yīng)用在研究重金屬元素之間的關(guān)系，是推測(cè)重金屬各元素間同源性的重要分析[15-16]。本文分析了鑄造廠場(chǎng)地土壤中8種重金屬元素的相關(guān)性，從表2可知，除了Pb-Cd、Pb-Ni和Cr-Cd外，Pb、Cd、Cd、As、Ni、Cu和Zn之間互相具有顯著相關(guān)性，分別是：①Pb-Cr、As、Cu、Zn(P<0.01或P<0.05)；②Cr-As、Ni、Cu、Zn(P<0.01)；③Cd-As、Ni、Cu、Zn(P<0.01或P<0.05)；④As-Ni、Cu、Zn(P<0.01或P<0.05)；⑤Ni-Cu、Zn(P<0.01)；⑥Cu-Zn(P<0.01)，表明Pb、Cd、Cd、As、Ni、Cu和Zn的重金屬來(lái)源密切相關(guān)，存在相互的協(xié)同效應(yīng)。相反，Hg與其它7種元素間均無(wú)明顯的相關(guān)性，表明Hg的來(lái)源相對(duì)獨(dú)特，不同于其它元素的污染來(lái)源，研究者也有同樣的發(fā)現(xiàn)[15]。

表2 土壤重金屬間相關(guān)性分析

3 結(jié) 論

鑄造廠環(huán)境土壤重金屬元素主要富集在土壤表層，根據(jù)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果得出，金屬中Hg和Cd的污染程度高于Ni、Cu、Zn，特別是Hg，其污染程度明顯高于其他金屬元素，且主要體現(xiàn)在CC鑄造成。

根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果得出，Pb、Cr、Cd、As、Ni、Cu和Zn的重金屬來(lái)源相互密切相關(guān)；相反，Hg與其它7種元素間均無(wú)明顯的相關(guān)性，表明Hg的來(lái)源相對(duì)獨(dú)特，不同于其它重金屬元素的污染來(lái)源。